(57)【要約】【課題】走査プローブ顕微鏡において、カンチレバの背面に照射される光のフォーカススポットの位置及びフォーカス状態を調整しているときに、光検出器の受光面における反射光のスポットサイズの評価を同時に行う。【解決手段】探針３ａを備えるカンチレバ３と、カンチレバ３の背面に光１０を照射するための光源１と、光源１から照射されてカンチレバ３の背面から反射した光（反射光）１１を検出するための光検出器２と、光検出器２による反射光１１の検出結果に基づいてカンチレバ３の変位を検出して出力する演算手段９とを有し、演算手段９は、光検出器２の２つの受光面による反射光１１の検出信号の差分を算出してこの差分に応じた信号を出力する機能を備えた走査プローブ顕微鏡において、光検出器２をその受光面の配列方向に沿って振動させるための振動手段８を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針を備えるカンチレバと、カンチレバの背面に光を照射するための光源と、光源から照射されてカンチレバの背面から反射した光（反射光）を検出するための光検出器と、光検出器による反射光の検出結果に基づいてカンチレバの変位を検出して出力する演算手段とを有し、光検出器には少なくとも２つの受光面が設けられており、演算手段は、光検出器の２つの受光面による反射光の検出信号の差分を算出してこの差分に応じた信号を出力する機能を備えている走査プローブ顕微鏡であって、光検出器をその受光面の配列方向に沿って振動させるための振動手段を具備することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【請求項２】
光検出器は、その検出信号を増幅するためのプリアンプ基板に、振動手段を介して取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項３】
振動手段は、ピエゾ素子からなることを特徴とする請求項１又は２記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項４】
探針を備えるカンチレバと、カンチレバの背面に光を照射するための光源と、光源から照射されてカンチレバの背面から反射した光（反射光）を検出するための光検出器と、光検出器による反射光の検出結果に基づいてカンチレバの変位を検出して出力する演算手段と、光検出器を振動させるための振動手段とを有し、光検出器には少なくとも２つの受光面が設けられており、演算手段は、光検出器の２つの受光面による反射光の検出信号の差分を算出してこの差分に応じた信号を出力する機能を備えている走査プローブ顕微鏡の動作方法であって、振動手段が光検出器をその受光面の配列方向に沿って振動させ、この状態で演算手段が光検出器の２つの受光面による反射光の検出信号の差分を算出し、この差分に応じた信号を出力することを特徴とする走査プローブ顕微鏡の動作方法。
【請求項５】
光検出器は、その検出信号を増幅するためのプリアンプ基板に、振動手段を介して取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の走査プローブ顕微鏡の動作方法。
【請求項６】
振動手段は、ピエゾ素子からなることを特徴とする請求項４又は５記載の走査プローブ顕微鏡の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子間力顕微鏡等からなる走査プローブ顕微鏡及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料表面をｎｍオーダの高分解能で、表面形状の観察を行うことができる走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の代表的なものとして、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）がある。ＡＦＭは、長さ１００μｍ程度の片持ち状態とされたカンチレバの自由端側に設けられている探針を試料表面に近づけ、探針−試料間に生じる相互作用力を検出する。
【０００３】
その相互作用力は、カンチレバの変位やカンチレバの固有振動数の変化として現れる。そこで、カンチレバの変位又は固有振動数の変化を一定に保持するように、探針−試料間の距離を制御し、そのときの制御信号から試料表面の高さ情報（Ｚ方向の情報）が求められる。そして、試料表面に対して探針を走査することにより、試料のＸ−Ｙ平面での高さ情報が取得され、試料の表面形状像を得ることができる。
【０００４】
カンチレバの変位検出手段としては、光てこ方式が一般的に使用されている。光てこ方式は、光源からの光（レーザ光等）をカンチレバの背面にフォーカスさせ、この背面からの反射光を分割光検出器に受光させるような構成となっている。この構成により、探針−試料間の相互作用によりカンチレバが変位したときの撓みによる反射光の反射方向の変化を分割光検出器の差分信号として検出している。
【０００５】
図１（ａ）に、一般的な光てこ方式を備えるＡＦＭの構成を示す。同図において、カンチレバ３の上方には、レーザダイオード（ＬＤ）を光源として備えるＬＤレンズユニット１が配置されている。ＬＤレンズユニット１からのレーザ光１０は、カンチレバ３の背面上でフォーカスされるようになっている。
【０００６】
カンチレバ３の背面に照射されたレーザ光１０において、この背面で反射された反射光１１は、受光面が２分割されたフォトダイオード（ＰＤ）２に入射する。このＰＤ２は、光検出器を構成する。
【０００７】
このような構成において、ＬＤレンズユニット１から出射されたレーザ光１０は、ＬＤレンズユニット１の位置調整（Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向での位置調整）を行うことにより、カンチレバ３の背面の先端部分にフォーカスされた状態で照射される。
【０００８】
カンチレバ３の背面から反射された反射光１１は、ＰＤ２が位置する方向に向かって進む。ＰＤ２はプリアンプ付き基板５に直接取り付けられており、反射光１１がＰＤ２に入射して光電変換された検出信号をプリアンプが増幅する際に、当該検出信号へのノイズの混入を低減している。
【０００９】
カンチレバ３の背面におけるレーザ光１０の位置合わせは、カンチレバ３の真上から見た像をＣＣＤカメラ等により撮像し、その画像をオペレータが目視にて確認しながら、ＬＤレンズユニット１のＸ，Ｙ方向での位置調整を行う。
【００１０】
また、カンチレバ３の背面におけるレーザ光１０のフォーカス合わせは、同様にオペレータがその画像を確認しながら、ＬＤレンズユニット１のＺ方向での位置調整を行う。
【００１１】
ここで、図２に、当該画像の一例を示す。同図に示すごとく、レーザ光１０がカンチレバ３の背面の先端部分にフォーカスされた状態で照射され、当該先端部分にレーザ光１０によるフォーカススポット４が形成されている。
【００１２】
なお、図１（ａ）に示す構成では、カンチレバ３の背面の真上からの撮像を直接的に行うことができないので、ＬＤレンズユニット１とカンチレバ３との間に、図示しないスプリッタを配置して直上からの撮像を可能とする。また、可能な限り直上に近い斜め上方からカンチレバ３の背面を直接撮像してもよい。このようにして、レーザ光１０によるカンチレバ３の背面上でのフォーカススポット４の位置及び状態が、画像によってオペレータにより目視にて観察できるようにしている。
【００１３】
ＰＤ２は、上述したように、分割された２つの受光面（Ａ），（Ｂ）を備えている（図１（ｂ）参照）。そして、カンチレバ３の背面から反射した反射光１１は、これら２つの受光面（Ａ），（Ｂ）に入射する。ＰＤ２の各受光面（Ａ），（Ｂ）で受光された反射光１１は、ＰＤ２内部でそれぞれ光電変換され、光電変換後の各検出信号はプリアンプ付き基板５によって増幅される。プリアンプ付き基板５により増幅された各検出信号は、演算手段９に送られる。
【００１４】
ここで、ＰＤ２に設けられた２つ受光面のうち、上側に位置する受光面（Ａ）によって検出された反射光１１に基づく検出信号（プリアンプ付き基板５により増幅済み）をＡ、下側に位置する受光面（Ｂ）によって検出された反射光１１に基づく検出信号（プリアンプ付き基板により増幅済み）をＢとする。
【００１５】
演算手段９は、検出信号Ａ，Ｂの加算（Ａ＋Ｂ）を行うとともに、検出信号Ａ，Ｂの減算（Ａ−Ｂ）を行う。これにより、加算信号（Ａ＋Ｂ）と差分信号（Ａ−Ｂ）が得られる。この加算信号（Ａ＋Ｂ）と差分信号（Ａ−Ｂ）は、演算手段９から、表示手段を備える図示しないコンピュータに出力される。コンピュータは、加算信号（Ａ＋Ｂ）に応じた表示（加算信号表示）と、差分信号（Ａ−Ｂ）に応じた表示（差分信号表示）を行う。
【００１６】
オペレータは、コンピュータによる加算信号表示と差分信号表示を目視にて確認しながら、加算信号（Ａ＋Ｂ）が最大となり、差分信号（Ａ−Ｂ）が最小（ほぼ零）となるようにＰＤ２の位置調整を行う。このときの位置調整は、プリアンプ付き基板５の位置調整をすることにより、反射光１１の進行方向に直交する面内におけるＰＤ２の受光面の位置を調整する。この調整時において、カンチレバ３の振動は行わない。
【００１７】
ここで、カンチレバ３の下面（背面に対して反対側の面）の先端側には、探針３ａが設けられている。探針３ａの下方には、試料６が配置されている。試料６は、スキャナ７に載置されている。スキャナ７は、試料６をＸ，Ｙ，Ｚ各方向に移動できる。
【００１８】
コンタクトモードＡＦＭの場合は、試料６にカンチレバ３の探針３ａが接触し、試料表面からカンチレバ３を押し上げるような斥力が生じたときには、ＰＤ２の受光面上での反射光１１のスポット１２ａは上側に移動する。これにより、ＰＤ２において上側に位置する受光面（Ａ）で検出される反射光１１の受光量が増加するとともに、下側に位置する受光面（Ｂ）で検出される反射光１１の受光量が減少する。この結果、差分信号（Ａ−Ｂ）の値はプラス側に変化する。
【００１９】
コンピュータは、このときの差分値（Ａ−Ｂ）の変化が一定に保持された状態で、試料６の表面上を探針３ａが２次元走査するように、試料６を保持するスキャナ７のＸ動、Ｙ動及びＺ動の制御を行うことにより、試料６の表面形状データを取得する。
【００２０】
他の測定モードの場合では、カンチレバ３の撓み信号となる差分信号（Ａ−Ｂ）の代わりに、固有振動数又はその付近でカンチレバ３を強制振動させたときの振幅等を用いることにより、同様の手法で表面形状データを取得することができる。
【００２１】
上述した光てこ方式によるカンチレバ３の変位検出では、カンチレバ３の先端での変位量Δｄは、Δｄ＝（３Ｓδ）／Ｌとなる。この変位量Δｄが、差分信号（Ａ−Ｂ）の変化量として検出される。
【００２２】
ここで、Ｓはカンチレバ３からＰＤ２までの距離であり、Ｌはカンチレバ３の長さである。このような装置において、カンチレバ３の変位検出感度を向上させるために、光てこ比（Ｓ／Ｌ）は、一般的にある程度大きく設定されている。
【００２３】
なお、調整時において、カンチレバを振動させた状態で、加算信号が大きくかつ差分信号が小さくなるように、レーザ光源及び光検出器の位置調整を行う手法もある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２００５−１３４１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上述した光てこ方式における変位検出感度は、上記の光てこ比の他に、ＰＤ２の受光面における反射光１１のスポットサイズ１２（図１（ｂ）参照）に大きく影響される。すなわち、当該スポットサイズ１２が最小となった状態が、最も検出感度が良い状態となる。
【００２６】
そして、このＰＤ２の受光面における反射光１１のスポットサイズ１２は、カンチレバ３の背面上でのレーザ光１０のフォーカススポット４（図２参照）の照射位置や、レーザ光１０のフォーカス状態により影響を受ける。
【００２７】
すなわち、カンチレバ３の背面において、表面形状が異なる部分や、汚れが存在する部分があると、その部分にレーザ光１０が照射された場合には反射光１１に影響が発生することとなる。
【００２８】
また、カンチレバ３の背面上でのレーザ光１０のフォーカス状態は、ジャストフォーカスよりもアンダーフォーカスの状態のほうが好ましいとされている。
【００２９】
従って、オペレータがＬＤレンズユニット１のＸ，Ｙ，Ｚの各方向での位置調整を行って、カンチレバ３の背面上でのレーザ光１０のフォーカススポット４の位置及びフォーカス状態を調整しているときに、ＰＤ２の受光面における反射光１１のスポットサイズ１２の評価を行えることが望まれている。
【００３０】
しかしながら、上記調整をしている最中に、ＰＤ２の受光面における反射光１１のスポットサイズ１２の評価を行える装置は開発されていなかった。
【００３１】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、カンチレバの背面に照射される光（レーザ光）のフォーカススポットの位置及びフォーカス状態を調整しているときに、光検出器（ＰＤ）の受光面における反射光のスポットサイズの評価を同時に行うことのできる走査プローブ顕微鏡及びその動作方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明に基づく走査プローブ顕微鏡は、探針を備えるカンチレバと、カンチレバの背面に光を照射するための光源と、光源から照射されてカンチレバの背面から反射した光（反射光）を検出するための光検出器と、光検出器による反射光の検出結果に基づいてカンチレバの変位を検出して出力する演算手段とを有し、光検出器には少なくとも２つの受光面が設けられており、演算手段は、光検出器の２つの受光面による反射光の検出信号の差分を算出してこの差分に応じた信号を出力する機能を備えている走査プローブ顕微鏡であって、光検出器をその受光面の配列方向に沿って振動させるための振動手段を具備することを特徴としている。
【００３３】
また、本発明に基づく走査プローブ顕微鏡の動作方法は、探針を備えるカンチレバと、カンチレバの背面に光を照射するための光源と、光源から照射されてカンチレバの背面から反射した光（反射光）を検出するための光検出器と、光検出器による反射光の検出結果に基づいてカンチレバの変位を検出して出力する演算手段と、光検出器を振動させるための振動手段とを有し、光検出器には少なくとも２つの受光面が設けられており、演算手段は、光検出器の２つの受光面による反射光の検出信号の差分を算出してこの差分に応じた信号を出力する機能を備えている走査プローブ顕微鏡の動作方法であって、振動手段が光検出器をその受光面の配列方向に沿って振動させ、この状態で演算手段が光検出器の２つの受光面による反射光の検出信号の差分を算出し、この差分に応じた信号を出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に基づく走査プローブ顕微鏡においては、少なくとも２つの受光面が光検出器に設けられており、光検出器の２つの受光面による反射光の検出信号の差分を算出してこの差分に応じた信号を出力する機能を演算手段が備え、光検出器をその受光面の配列方向に沿って振動させるための振動手段を備えている。
【００３５】
これにより、カンチレバの背面に照射される光のフォーカススポットの位置及びフォーカス状態を調整しているときに、光検出器をその受光面の配列方向に沿って振動させ、このときの光検出器の２つの受光面による反射光の検出信号の差分（光検出器の当該振動に起因する反射光の検出信号の差分振動）をオペレータが確認することができる。
【００３６】
この結果、オペレータが当該差分振動の振幅を確認することにより、光検出器の受光面における反射光のスポットサイズの評価を行うことができる。この場合、当該差分振動の振幅が最大となるときが、当該スポットサイズが最小となる状態である。
【００３７】
従って、当該差分振動を確認しながらその振幅が最大となるように、カンチレバの背面に照射される光のフォーカススポットの位置及びフォーカス状態をオペレータが調整すれば、光検出器の受光面における反射光のスポットサイズが最小の状態となり、検出感度が最も良い状態とすることができる。
【００３８】
また、本発明に基づく走査プローブ顕微鏡の動作方法においては、振動手段が光検出器をその受光面の配列方向に沿って振動させ、この状態で演算手段が光検出器の２つの受光面による反射光の検出信号の差分を算出し、この差分に応じた信号を出力する。
【００３９】
これによっても、カンチレバの背面に照射される光のフォーカススポットの位置及びフォーカス状態を調整しているときに、光検出器をその受光面の配列方向に沿って振動させて、このときの光検出器の２つの受光面による反射光の検出信号の当該差分振動をオペレータが確認することができ、上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】走査プローブ顕微鏡における光てこ方式の構成を示す図である。
【図２】カンチレバの背面でのレーザ光によるフォーカススポットを示す図である。
【図３】本発明における走査プローブ顕微鏡の要部を示す概略構成図である。
【図４】本発明の変形例における走査プローブ顕微鏡の要部を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、図面を参照して、本発明における実施の形態について説明する。図３は、本発明における走査プローブ顕微鏡の要部を示す概略構成図である。本発明の走査プローブ顕微鏡においても、光てこ方式を用いている。
【００４２】
図３（ａ）において、カンチレバ３の上方には、レーザダイオード（ＬＤ）からなる光源を備えるＬＤレンズユニット１が配置されている。ＬＤレンズユニット１からのレーザ光１０は、カンチレバ３の背面上でフォーカスされるようになっている。
【００４３】
カンチレバ３の背面に照射されたレーザ光１０において、この背面で反射された反射光１１は、受光面が２分割されたフォトダイオード（ＰＤ）２に入射する。このＰＤ２は、光検出器を構成する。
【００４４】
このような構成において、オペレータがＬＤレンズユニット１の位置調整（Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向での位置調整）を行うことにより、ＬＤレンズユニット１から出射されたレーザ光１０は、カンチレバ３の背面の先端部分にフォーカスされた状態で照射される。
【００４５】
カンチレバ３の背面から反射された反射光１１は、ＰＤ２が位置する方向に向かって進む。
【００４６】
ここで、ＰＤ２は、ＰＤ２を振動させるための振動手段となるピエゾ素子（ＰＺＴ）８を介して、プリアンプ付き基板５に取り付けられている。ＰＺＴ８は、ＰＤ２を、その２つの受光面（Ａ），（Ｂ）の配列方向に沿って振動させることができる（図３（ａ）及び図３（ｂ）中の「振動方向」を示す矢印を参照）。
【００４７】
ＰＤ２とＰＺＴ８との間には接着剤が介在されており、この接着剤によりＰＤ２がＰＺＴ８に固定されている。また、ＰＺＴ８とプリアンプ付き基板５との間にも接着剤が介在されており、この接着剤によってＰＺＴ８がプリアンプ付き基板５に固定されている。
【００４８】
そして、ＰＤ２から出力された検出信号は、プリアンプ付き基板５に直ちに供給される。これにより、反射光１１がＰＤ２に入射して光電変換されて出力された検出信号をプリアンプにより増幅する際に、当該検出信号へのノイズの混入を低減することができる。なお、ＰＺＴ８をより小さく作製するためには、シェアーモード（剪断変形）のピエゾ素子から構成することが好ましい。
【００４９】
カンチレバ３の背面におけるレーザ光１０の位置合わせは、カンチレバ３の真上から見た像をＣＣＤカメラ等の撮像素子により撮像し、その画像をオペレータが目視にて確認しながら、ＬＤレンズユニット１のＸ，Ｙ方向での位置調整を行う。
【００５０】
そして、カンチレバ３の背面におけるレーザ光１０のフォーカス合わせは、同様にオペレータがその画像を確認しながら、ＬＤレンズユニット１のＺ方向での位置調整を行う。
【００５１】
ここで、レーザ光１０がカンチレバ３の背面にフォーカスされた状態で照射されることにより、カンチレバ３の先端部分の背面に形成されるフォーカススポットは、図２に示したフォーカススポット４と同様である。
【００５２】
ＰＤ２は、上述したように、分割された２つの受光面（Ａ），（Ｂ）を備えており、これら受光面（Ａ），（Ｂ）は上下に配列されている。カンチレバ３の背面から反射した反射光１１は、これらの受光面（Ａ），（Ｂ）に入射する。ＰＤ２の各受光面（Ａ），（Ｂ）で受光された反射光１１は、ＰＤ２内部でそれぞれ光電変換され、光電変換後の各検出信号はプリアンプ付き基板に供給されて増幅される。プリアンプ付き基板により増幅された各検出信号は、演算手段９に送られる。
【００５３】
ここで、ＰＤ２に設けられた２つの受光面（Ａ），（Ｂ）のうち、上側に位置する受光面（Ａ）によって検出された反射光１１に基づく検出信号（プリアンプ付き基板５により増幅済み）をＡ、下側に位置する受光面（Ｂ）によって検出された反射光１１に基づく検出信号（プリアンプ付き基板５により増幅済み）をＢとする。
【００５４】
演算手段９は、検出信号Ａ，Ｂの加算（Ａ＋Ｂ）を行うとともに、検出信号Ａ，Ｂの減算（Ａ−Ｂ）を行う。これにより、加算信号（Ａ＋Ｂ）と差分信号（Ａ−Ｂ）が得られる。この加算信号（Ａ＋Ｂ）と差分信号（Ａ−Ｂ）は、演算手段９から、表示手段を備える図示しないコンピュータに出力される。コンピュータは、加算信号（Ａ＋Ｂ）に応じた表示（加算信号表示）と、差分信号（Ａ−Ｂ）に応じた表示（差分信号表示）を行う。なお、コンピュータは、後述するスキャナ７とＰＺＴ８の駆動制御を行うことができる。
【００５５】
そして、まずオペレータは、コンピュータによって行われた加算信号表示と差分信号表示とを目視にて確認しながら、加算信号（Ａ＋Ｂ）が最大となり、差分信号（Ａ−Ｂ）が最小（ほぼ零）となるようにＰＤ２の位置調整を行う。このときの位置調整は、プリアンプ付き基板５の位置調整を行うことにより、反射光１１の進行方向に直交する面内におけるＰＤ２の受光面の位置を調整する。この調整時において、カンチレバ３の振動は行わない。当該調整が済んだ後、プリアンプ付き基板５は、本走査プローブ顕微鏡内部において、位置固定される。
【００５６】
その後、さらにオペレータは、コンピュータを操作してＰＺＴ８の駆動を実行する。このとき、コンピュータの制御により、ＰＺＴ８には所定の交流電圧が印加される。これにより、ＰＺＴ８は、当該交流電圧の周波数で振動する。この結果、ＰＺＴ８に固定されたＰＤ２が、上下に配置された２つの受光面（Ａ），（Ｂ）の配列方向に沿って振動する（図３（ｂ）参照）。
【００５７】
このときにも、カンチレバ３の背面にはレーザ光１０が照射されており、この背面からの反射光１１はＰＤ２の受光面（Ａ），（Ｂ）に入射されている。各受光面（Ａ），（Ｂ）において受光された反射光１１に基づく各検出信号は、それぞれプリアンプ付き基板５により増幅され、増幅後の各検出信号Ａ，Ｂとして、演算手段９に送られる。なお、このときにおいても、カンチレバ３の振動は行わない。
【００５８】
演算手段９は、当該検出信号の減算（Ａ−Ｂ）を行い、差分信号（Ａ−Ｂ）を求めてコンピュータに出力する。この差分（Ａ−Ｂ）は、ＰＤ２及びその各受光面（Ａ），（Ｂ）が上記周波数で振動しているので検出信号Ａ，Ｂの差分振動となる。従って、当該差分信号（Ａ−Ｂ）は、図３（ａ）中のＦで示すような発振波形となる。この差分信号（Ａ−Ｂ）の周波数は、上述した周波数と一致する。
【００５９】
当該差分信号（Ａ−Ｂ）は、図示しないＬｏｃｋ−ｉｎアンプやＲＭＳ−ＤＣアンプにより、その振幅に対応する直流信号に変換される。この直流信号は、コンピュータに送られる。コンピュータは、当該直流信号に基づいて、上記差分信号（Ａ−Ｂ）の振動振幅に応じた表示（差分振動振幅表示）を行う。
【００６０】
オペレータは、コンピュータによって行われた差分振動振幅表示を目視にて確認しながら、上記直流信号が最大となる（すなわち、上記差分信号（Ａ−Ｂ）の振動振幅が最大となる）ように、ＬＤレンズユニット１のＸ，Ｙ，Ｚの各方向における位置調整を行う。
【００６１】
この位置調整時には、カンチレバ３の背面上でのレーザ光１０のフォーカススポット４の位置及びそのフォーカス状態の調整が行われる。すなわち、上記差分信号（Ａ−Ｂ）の振動振幅が最大となるように、カンチレバ３の背面上でのレーザ光１０のフォーカススポット４の位置及びそのフォーカス状態の調整がオペレータにより成される。
【００６２】
このような調整を行うことにより、ＰＤ２の受光面における反射光１１のスポットサイズ１２が最適となり、光てこ方式におけるカンチレバ３の変位検出感度として、最大感度を得ることができる。
【００６３】
そして、カンチレバ３の下面（背面に対して反対側の面）の先端側には、探針３ａが設けられている。探針３ａの下方には、試料６が配置されている。試料６は、スキャナ７に載置されている。スキャナ７は、試料６をＸ，Ｙ，Ｚ各方向に移動できる。
【００６４】
上記調整を行った後、コンタクトモードＡＦＭによる試料測定を行う場合は、試料６にカンチレバ３の探針３ａを接触させる。そして、試料表面からカンチレバ３の先端部を押し上げるような斥力が生じたときには、ＰＤ２の受光面上での反射光１１のスポット１２ａは上側に移動する。これにより、ＰＤ２において上側に位置する受光面（Ａ）で検出される反射光１１の受光量が増加するとともに、下側に位置する受光面（Ｂ）で検出される反射光１１の受光量が減少する。この結果、差分信号（Ａ−Ｂ）の値はプラス側に変化する。この差分信号（Ａ−Ｂ）は、カンチレバ３の先端部の変位に対応する。
【００６５】
コンピュータは、このときの差分値（Ａ−Ｂ）の変化が一定に保持された状態で、試料６の表面上を探針３ａが２次元走査するように、試料６を保持するスキャナ７のＸ動、Ｙ動及びＺ動の制御を行うことにより、試料６の表面形状データを取得する。
【００６６】
また、他の測定モードによる試料測定を行う場合では、カンチレバ３の撓み信号となる差分信号（Ａ−Ｂ）の代わりに、固有振動数又はその付近でカンチレバ３を強制振動させたときの振幅等を用いることにより、同様の手法で表面形状データを取得することができる。
【００６７】
なお、上記の実施の形態においては、ＰＤ２に設けられた受光面の分割数は２であったが、これに限られることなく、例えば受光面の分割数が４であるＰＤの場合においても本発明は適用できる。この場合には、４つの受光面のうちで、上下方向に配置された２つの受光面を用いることにより、本発明を実行することが可能となる。
【００６８】
また、図４に示すごとく、左右方向Ｈ及び上下方向Ｉに４分割された受光面を備えるＰＤ２ａにおいて、左右方向Ｈに配置された２つの受光面を用いることにより、カンチレバ３のねじれに対しても最大感度が得られるように調整することもできる。
【００６９】
この場合には、同図に示すように、シェアーモードのＰＺＴをその駆動が直交する（それぞれ左右方向Ｈ及び上下方向Ｉに沿って駆動する）ように２枚貼り合わせてなるＰＺＴ構成体８ａを、ＰＤ２ａとプリアンプ付き基板５との間に配置する。そして、ねじれ信号としては、左側の受光面の信号を加算したＣ（＝ａ１＋ｂ１）と右側の受光面を加算したＤ（＝ａ２＋ｂ２）との差分（Ｃ−Ｄ）を用いる。
【００７０】
このように、本発明における走査プローブ顕微鏡は、探針３ａを備えるカンチレバ３と、カンチレバ３の背面に光１０を照射するための光源１と、光源１から照射されてカンチレバ３の背面から反射した光（反射光）１１を検出するための光検出器２と、光検出器２による反射光１１の検出結果に基づいてカンチレバ３の変位を検出して出力する演算手段９とを有し、光検出器２には少なくとも２つの受光面（Ａ），（Ｂ）が設けられており、演算手段９は、光検出器２の２つの受光面（Ａ），（Ｂ）による反射光１１の検出信号Ａ，Ｂの差分（Ａ−Ｂ）を算出してこの差分（Ａ−Ｂ）に応じた信号を出力する機能を備えている走査プローブ顕微鏡であって、光検出器２をその受光面（Ａ），（Ｂ）の配列方向に沿って振動させるための振動手段８を具備することを特徴としている。
【００７１】
また、本発明における走査プローブ顕微鏡の動作方法は、探針３ａを備えるカンチレバ３と、カンチレバ３の背面に光１０を照射するための光源１と、光源１から照射されてカンチレバ３の背面から反射した光（反射光）１１を検出するための光検出器２と、光検出器２による反射光１１の検出結果に基づいてカンチレバ３の変位を検出して出力する演算手段９と、光検出器２を振動させるための振動手段８とを有し、光検出器２には少なくとも２つの受光面（Ａ），（Ｂ）が設けられており、演算手段９は、光検出器２の２つの受光面（Ａ），（Ｂ）による反射光１１の検出信号Ａ，Ｂの差分（Ａ−Ｂ）を算出してこの差分（Ａ−Ｂ）に応じた信号を出力する機能を備えている走査プローブ顕微鏡の動作方法であって、振動手段８が光検出器２をその受光面（Ａ），（Ｂ）の配列方向に沿って振動させ、この状態で演算手段９が光検出器２の２つの受光面（Ａ），（Ｂ）による反射光１１の検出信号の差分（Ａ−Ｂ）を算出し、この差分（Ａ−Ｂ）に応じた信号を出力することを特徴としている。
【００７２】
ここで、上記走査プローブ顕微鏡において、光検出器２は、その検出信号を増幅するためのプリアンプ基板５に、振動手段８を介して取り付けられた構成をとることができる。また、振動手段８は、ピエゾ素子から構成することができる。
【００７３】
本発明においては、振動手段８によって光検出器２をその受光面（Ａ），（Ｂ）の配列方向に微小振動させたときの差分（Ａ−Ｂ）に応じた信号をオペレータが確認することにより、光検出器の受光面における反射光１１のスポットサイズに関する指標がわかる。
【００７４】
これにより、ＬＤレンズユニット１からのレーザ光１０のカンチレバ３への照射位置やフォーカス状態を適宜調整することにより、これらの影響を受けることとなる当該スポットサイズの最適化を行うことができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…ＬＤレンズユニット（光源）、２…ＰＤ（光検出器）、３…カンチレバ、３ａ…探針、４…フォーカススポット、５…プリアンプ付き基板、６…試料、７…スキャナ、８…ＰＺＴ（振動手段）、９…演算手段、１０…レーザ光（光）、１１…反射光、１２…スポットサイズ、（Ａ），（Ｂ）…受光面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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